理論應(yīng)力集中系數(shù)

針對目前T型焊接管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)(stress concentration factor,SCF)計(jì)算方法的不足,提出一種新的SCF數(shù)值計(jì)算方法.借助于有限元軟件ANSYS中子模型技術(shù),同時(shí)采用實(shí)體單元和殼單元模擬管節(jié)點(diǎn);根據(jù)規(guī)范建立焊接接頭模型,考慮焊址打磨對應(yīng)力集中的緩和作用,建立打磨圓角模型以真實(shí)反應(yīng)焊縫附近的應(yīng)力分布;利用路徑映射技術(shù)分析應(yīng)力沿支管軸向的變化規(guī)律,采用路徑分析方法確定名義應(yīng)力和熱點(diǎn)應(yīng)力,從而求得SCF.最后采用該方法對15個(gè)T型焊接管節(jié)點(diǎn)在軸向載荷、面內(nèi)彎矩和面外彎矩作用下的SCF進(jìn)行分析,研究了3種基本載荷作用下幾何參數(shù)對SCF大小與沿焊址分布的影響規(guī)律.

由于焊接鋼管結(jié)構(gòu)在焊縫處的剛度具有不連續(xù)性,因此,該部位存在很高的應(yīng)力集中現(xiàn)象。局部高應(yīng)力的存在,使節(jié)點(diǎn)在長期循環(huán)荷載的作用下,會(huì)產(chǎn)生微小的疲勞裂紋,而疲勞裂紋的擴(kuò)展最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)節(jié)點(diǎn)的疲勞破壞。在研究管節(jié)點(diǎn)疲勞破壞時(shí),主要通過熱點(diǎn)應(yīng)力幅(S-N曲線方法)確定其疲勞壽命。在計(jì)算焊縫處的熱點(diǎn)應(yīng)力幅大小時(shí),經(jīng)常用到焊縫周圍的應(yīng)力集中系數(shù)。本文對4個(gè)環(huán)口板加固T型圓鋼管節(jié)點(diǎn)試件以及相應(yīng)的4個(gè)未加固試件的應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)測試和結(jié)果分析,得到了軸向荷載下環(huán)口板加固試件及未加固試件沿焊縫的應(yīng)力集中系數(shù)分布,通過比較發(fā)現(xiàn),環(huán)口板加固后的T節(jié)點(diǎn)試件的應(yīng)力集中系數(shù)相對于未加固試件有明顯減小,說明這種加固措施可以提高管節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。